試論BIM技術(shù)在高層建筑節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用

王 穎 中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司

1 BIM技術(shù)的概述

BIM，中文名為建筑信息模型，其應(yīng)用是建立基于建筑工程綜合信息的三維工程數(shù)據(jù)模型，從而更全面、直觀地掌握建筑施工過程。在建筑業(yè)中，該技術(shù)概念最早應(yīng)用于建筑設(shè)計是在20 世紀初，隨著多年來不斷完善，得到了建筑業(yè)的認可。BIM技術(shù)在某些功能上與CAD技術(shù)相似，但也有明顯的區(qū)別。它可提供建筑物整個施工和使用周期所需的各種數(shù)據(jù)和信息，如建筑物的空間幾何信息、施工進度信息、施工過程的造價信息等，不僅能以三維的形式在電腦上顯示相關(guān)的建筑信息，能夠詳細的展示建筑的各部分要點，進而實現(xiàn)精細設(shè)計的要求。

2 BIM技術(shù)在建筑節(jié)能設(shè)計階段內(nèi)涵價值

在建筑節(jié)能設(shè)計中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用不同于傳統(tǒng)CAD 設(shè)計模式，其設(shè)計圖紙的實用價值更高，也能更加直觀展示，改善了傳統(tǒng)設(shè)計模式的弊。在節(jié)能設(shè)計階段，BIM技術(shù)使傳統(tǒng)的二維設(shè)計過渡到三維設(shè)計，然后，通過對三維圖紙可行性分析，實現(xiàn)建筑設(shè)計的重大改革。在傳統(tǒng)模式下，建筑設(shè)計完成后進行能耗分析，而BIM 技術(shù)是在設(shè)計初期采用兼容性強的三維模型進行能耗分析，以確保可持續(xù)發(fā)展理念融入設(shè)計過程。其包含以下內(nèi)涵價值。

（1）BIM 技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的數(shù)字化顯示，將實際建筑參數(shù)統(tǒng)一到模擬代用品上進行處理。

（2）BIM技術(shù)推動建筑工程朝著信息化、科技化發(fā)展，實現(xiàn)傳統(tǒng)建筑分析方法的創(chuàng)新。通過模型數(shù)據(jù)的輸入、更新、修改和檢驗，使整個建筑設(shè)計方案更加科學(xué)、經(jīng)濟、可行。

（3）BIM 技術(shù)系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)都是開放、透明、可共享的，營造了一種共享的氛圍。因此，所有設(shè)計師都可實時溝通、資源共享，不僅提高了工作效率，降低了工程成本，還取得良好建筑節(jié)能效果。

3 工程概況

某地區(qū)一高層建筑項目，工程總建設(shè)面積約6180m2，總建筑面積約1020m2。為提升項目的節(jié)能措施，本項目采用BIM技術(shù)，取得了不錯的節(jié)能效果。

3.1 建筑節(jié)能設(shè)計的要點

在施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息調(diào)查之前，要從建筑物的場地、地形、適應(yīng)性等方面進行收集。（1）在綜合分析建筑所在地氣候條件的基礎(chǔ)上，確定了該地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計方案（2）合理設(shè)計建筑朝向，確保滿足建筑節(jié)能要求。（3）合理選擇物美價優(yōu)，且節(jié)能性能良好的建筑結(jié)構(gòu)材料。（4）合理設(shè)計建筑體積和空間結(jié)構(gòu)，充分引入自然光，設(shè)計科學(xué)合理的遮陽方式。

3.2 BIM技術(shù)在在設(shè)計初期的應(yīng)用

（1）BIM技術(shù)輔助確定建筑的朝向。建筑朝向是指建筑物接受光照的朝向，其主要通過建筑物自身的通風(fēng)效果以及受太陽能量的差異影響建筑物的能耗。因此，利用BIM 系統(tǒng)中先進自動模型幾何分析功能，把建筑模型直接轉(zhuǎn)換為建筑能量模型，進而綜合分析不同熱塊能量模型方案的差異，最終確定建筑朝向方案。因此，在本項目中，事先根據(jù)場地地形情況，利用BIM技術(shù)綜合分析建筑物朝向，并綜合分析太陽輻射以及采光的情況，最佳方向為東偏南22°、西偏南22°。其次，根據(jù)建筑物的性質(zhì)要求，為更好突出建筑物的形象，最終確定建筑物的朝向為東偏南20°。

（2）BIM技術(shù)輔助優(yōu)化建筑形體設(shè)計。利用BIM技術(shù)對影響建筑造型的各種氣候因素進行分析，幫助設(shè)計師在確定建筑造型前將建筑節(jié)能作為考慮因素之一，從而降低建筑能耗。本工程地處氣候濕度大、常年有風(fēng)的地區(qū)。因此，可考慮通風(fēng)要求，改善室內(nèi)環(huán)境。

一方面，確定輔助功能的位置，如建筑物交通體。本項目采用兩種布局方案：其一：交通主體在東部；其二：交通主體在西部。利用BIM技術(shù)，分析兩種方案的通風(fēng)效果，該地區(qū)全年北風(fēng)。方案1，辦公樓容積前后有一定壓差，通風(fēng)效果好。方案2，樓體前后無壓差，通風(fēng)效果差。因此，最終選定方案1。

另一方面，加強建筑通風(fēng)設(shè)計。通過BIM技術(shù)建立模型，分析建筑的綜合情況，按照建筑物的形狀來選定遮陽模式以及相關(guān)的尺寸，進而制定出經(jīng)濟可行的設(shè)計方案。

3.3 BIM技術(shù)輔助建筑維護結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）合理選用建筑外圍護墻材料，基于BIM 技術(shù)，分析各種類型墻體材料的能耗情況，因此，除了鋼筋混凝土外，還可以選擇一些保溫性能好的保溫材料，如保溫復(fù)合墻板等。結(jié)果表明，隨著建筑墻體材料熱絕緣性能的提高，每平方米能耗顯著降低。

（2）建筑外窗材料的選擇。通過控制不同朝向的門窗面積比，可以有效地降低門窗的傳熱系數(shù)，保證門窗滿足節(jié)能環(huán)保的要求。因此，選用鋁合金窗框材料；選用導(dǎo)電率低的外門窗玻璃材料；選用密封性能好的門窗。基于BIM技術(shù)，分析了門窗材料的能耗，確定了最佳門窗材料。結(jié)果表明，選用傳熱系數(shù)較低的門窗材料，建筑每平方米能耗呈明顯下降趨勢，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)論

總之，BIM 技術(shù)作為一種先進的技術(shù)設(shè)計理念，能夠有效提供科學(xué)、準確的數(shù)據(jù)信息來判斷建筑設(shè)計的性能指標，實時分析建筑設(shè)計方案的合理性，進而對設(shè)計方案進行科學(xué)合理的優(yōu)化，有效減少建筑物后期的能耗。